Kvantově propojené diamanty

Diamant, ilustrační foto

Vědcům se podařilo realizovat jev kvantového zapletení i mimo svět elementárních částic – na diamantech milimetrového rozměru.

Kvantové zapletení (entanglement) označuje situaci, při níž jsou dva vzdálené objekty, např. elementární částice, neoddělitelně spojeny neviditelnou vazbou. Když se změní vlastnosti jedné částice, změní se zároveň i vlastnosti částice druhé. Takové sady vlastností na sobě pak nejsou nezávislé, jsou vzájemně korelovány. Toto zapletení je velice důležité pro oblast kvantových počítačů, kvantové komunikace a kryptografie, hraje také klíčovou roli v případě tzv. kvantové teleportace. Co je ovšem běžné v mikrosvětě, naopak vůbec nebývá obvyklé ve světě makroskopických objektů, ve světě, který pozorujeme svými smysly.

„Zapletené“ diamanty

Výzkumníci z Oxfordské univerzity připravili pokus, který už výrazně zasahuje do makrosvěta, za hranice mikročástic a mikrosvěta. Při jejich pokusu se jim přesto povedlo "kvantově zaplést" dva malé diamanty o ploše tří čtverečních milimetrů a tloušťce jednoho milimetru.

Vědci tyto diamanty po dobu 100 femtosekund ozářili krátkými záblesky laserového světla. (Jedna femtosekunda je jedna na minus patnáctou sekundy.) Tím v diamantových krystalech vybudili mechanické oscilace, které popisuje kvantová teorie jako fononové módy. Šlo tedy o kvanta mechanických oscilací. Laserový puls tak vyvolal zcela stejnou fononovou reakci v obou diamantech a zároveň došlo ke vzniku dvou fotonů, které se v rámci diamantů rozptýlily a které se zároveň staly prostředkem kvantového zapletení jejich fononových stavů. Rozptýlené fotony pak svedli dohromady prostřednictvím speciálního optického systému a zachytili detektorem. Oba diamanty přitom byly od sebe vzdáleny 15 centimentrů.

Když detektor zjistil přítomnost fotonu, oba vzdálené diamanty se ocitly ve stejném fononovém módu, jinými slovy sdílely jeden fonon. Ocitly se tedy v kvantově zapleteném stavu. Toto zapletení netrvalo dlouho, jen 7 pikosekund (pikosekunda trvá tisíckrát déle než zmíněná femtosekunda, tedy jedné na minus dvanáctou sekundy). To je sice zatím velmi málo na jakékoliv aplikace např. v oblasti kvantových počítačů, ale budoucnost nás může v jevech kvantového zapletení objektů mimo hranice mikrosvěta překvapit.

Zdroj: Popular Science